JP2005043402A - Optical waveguide device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光導波路デバイス及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路を用いた光デバイスは光通信の発展と共に必要性が増大し、光変調器、光分波器、光スイッチ又は光波長変換器等に利用されている。光導波路としては、ＬｉＮｂＯ３結晶基板にＴｉを拡散して形成された光導波路、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２を堆積した光導波路、ポリマー光導波路等が知られている。
【０００３】
実用的な外部変調器として、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の誘電体結晶基板を用いたマッハツェンダー型の光変調器（ＬＮ変調器）が開発されている。光源からの一定強度のキャリア光がＬＮ変調器に供給され、光の干渉を用いたスイッチング動作によって強度変調された光信号が得られる。
【０００４】
ＬＮ変調器は、Ｘ，Ｙ，Ｚカットされたニオブ酸リチウム結晶からなる誘電体基板の表面に、チタン（Ｔｉ）を熱拡散させて屈折率を高めることにより、その両端部近傍でそれぞれ結合された一対の光導波路を形成し、その上にＳｉＯ２からなるバッファ層を形成し、さらにバッファ層の上に光導波路に対応して信号電極（進行波電極）及び接地電極を形成して構成される。
【０００５】
光導波路の一端から入射された信号光は分岐されて一対の光導波路を伝搬する。一方の光導波路上又は両方の光導波路上に形成された信号電極に駆動電圧を印加すると、電気光学効果により分岐された双方の信号光に位相差が生じる。
【０００６】
ＬＮ変調器では、これらの信号光を再び結合させて光信号出力として取り出す。一対の光導波路を伝搬する信号光の位相差が例えば０又はπになるように駆動電圧を印加すれば、オン／オフのパルス信号を得る事ができる。
【０００７】
最近のＬＮ変調器は、変調速度の高速化を実現するために、４０Ｇｂ／ｓの高周波帯域の変調器の開発が進められている。そのため、ＬＮ変調器の信号電極の断面形状は幅約１５μｍ、高さ約３０μｍのＡｕメッキを形成し、高周波帯域特性を確保するようにしている。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２７５５５０４８号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平７−５４０３号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開平５−３３３２９７号公報
【００１１】
【特許文献４】
特開平４−２１７２２６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＮ変調器の主な特性には光応答帯域特性（Ｅ／Ｏ特性）及び電気の反射特性（Ｓ１１特性）がある。光応答帯域特性はＡｕメッキ膜厚がある値より薄くなると特性劣化が起こり、逆にＡｕメッキ膜厚が厚すぎると電気の反射特性が劣化する。
【００１３】
即ち、光応答帯域特性と電気の反射特性はトレードオフの関係にあり、そのトレランスは非常に狭く、ＬＮ変調器を製造する際の歩留まりを低下させている。高周波帯域特性の要求に対し、ＬＮ変調器の全長はさらに長くなる傾向にあり、電極としてのＡｕメッキの膜厚を全長に渡り一様に形成するのは困難になってきている。
【００１４】
従来の方法により、ウエハ上に信号電極及び接地電極として作用するＡｕメッキを形成すると、ウエハの中心部分で電解メッキの際の電流密度が高くなるため、メッキ膜厚は中心部分で薄く周辺部分で厚くなる傾向がある。
【００１５】
ＬＮ変調器の端面（光の入出力部）には、光導波路保護及びＬＮチップのハンドリングのため、保護部材（ＬＮブロック）を接着剤により固定している。この接着には信頼性の高い接着剤を使用しているが、この接着剤は粘性が低く、さらに接着剤の硬化時に加熱（６５℃で５時間以上）を行う必要がある。
【００１６】
従来は、この接着剤の硬化時に接着剤が電極表面に流れ込み、ＬＮ変調器の誘電率を変化させて電気特性を劣化するという問題があった。さらに、製造上の問題点としては、ウエハ表面に接着する保護部材が接着時に動いてしまい、位置ずれを起こして電極部にかかってしまう場合、ウエハ全体が不良となるという問題がある。
【００１７】
よって、本発明の目的は、信号電極及び接地電極を形成するための、メッキ膜厚を一様に形成することが可能な光導波路デバイスの製造方法を提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、高周波特性に優れた信頼性の高い光導波路デバイスを提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面によると、光導波路デバイスの製造方法であって、電気光学効果を有するウエハ中に複数の光導波路を形成し、前記各光導波路に関連して前記ウエハ上に複数の信号電極及び複数の接地電極を形成し、前記信号電極及び接地電極の形成と同時に、全ての信号電極及び接地電極の周囲の前記ウエハ上にダミー電極を形成し、前記ウエハをダイシングして個々の光導波路デバイスに分離する、各ステップを含むことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法が提供される。
【００２０】
好ましくは、光導波路デバイスの製造方法は、ダイシングステップの前に、ダミー電極の外側にダミー電極に近接して一対の保護部材を接着するステップをさらに含んでいる。好ましくは、一対の保護部材はダミー電極に当接しており、長方形形状から形成されるダミー電極は四隅に面積の拡大された部分を有している。
【００２１】
信号電極、接地電極及びダミー電極はＡｕ，Ａｇ及びＣｕからなる群から選択される材料の電解メッキにより形成される。代替案として、信号電極、接地電極及びダミー電極はＣｕの無電解メッキから形成される。
【００２２】
本発明の他の側面によると、光導波路デバイスであって、電気光学効果を有する基板と、前記基板中に形成された光導波路と、前記光導波路に関連して形成された信号電極と、前記基板上に形成された接地電極と、前記基板の両端近傍に前記信号電極及び接地電極から離間して形成された一対のダミー電極と、を具備したことを特徴とする光導波路デバイスが提供される。
【００２３】
好ましくは、基板はＬｉＮｂＯ３から形成されており、光導波路はＬｉＮｂＯ３基板にＴｉを熱拡散することにより形成されている。
【００２４】
本発明のさらに他の側面によると、光変調器であって、電気光学効果を有する基板と、前記基板中に形成された入力導波路、出力導波路、及び前記入力及び出力導波路の間に伸長しそれぞれ前記入力及び出力導波路に接続された第１及び第２導波路を有する光導波路構造と、前記第１導波路上に形成された第１信号電極と、前記第２導波路上に形成された第２信号電極と、前記基板上に形成された接地電極と、前記基板の両端近傍に前記第１、第２電極及び接地電極から離間して形成された一対のダミー電極と、を具備したことを特徴とする光変調器が提供される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は本発明の製造方法により製造されたマッハツェンダ型光変調器の平面図を示しており、図１（Ｂ）はその正面図である。寸法サイズは誇張して描かれている。
【００２６】
光変調器又は光変調器チップ２は電気光学効果を有する誘電体から形成されており、本実施形態においてはニオブ酸リチウム基板（ＬｉＮｂＯ３基板）４から形成されている。光変調器２はマッハツェンダ型光導波路構造６を有している。
【００２７】
光導波路構造６は、入力光導波路８と、出力光導波路１０と、入力光導波路８と出力光導波路１０の間に伸長する第１及び第２光導波路１２，１４から構成されている。
【００２８】
第１及び第２光導波路１２，１４はＹ分岐１６により入力光導波路８に接続され、Ｙ分岐１８により出力光導波路１０にそれぞれ接続されている。光導波路構造６はＬｉＮｂＯ３基板４にチタン（Ｔｉ）を熱拡散することにより形成されている。
【００２９】
入力光導波路８に供給された信号光は、Ｙ分岐１６で光パワーが実質的に二等分されて第１及び第２光導波路１２，１４で導波される。この導波光はＹ分岐１８で出力光導波路１０に結合される。
【００３０】
第１及び第２光導波路１２，１４を導波する光の位相差に応じて、出力光導波路１０を光が導波する結合モードと、Ｙ分岐１８から基板４内に光が放射される放射モード（漏洩モード）とが切り替えられる。
【００３１】
分岐された信号光の間の位相差を変化させるために、第１光導波路１２上には第１信号電極（第１進行波電極）２０が設けられ、第２光導波路１４上には第２信号電極（第２進行波電極）２２が設けられている。
【００３２】
さらに、基板４上には第１及び第２信号電極２０，２２に隣接して三つの接地電極２４，２６，２８が形成されている。また、基板４の両端近傍には本発明の製造方法に使用されて効果を発揮するダミー電極３０，３２が形成されている。
【００３３】
これらの信号電極２０，２２，接地電極２４，２６，２８及びダミー電極３０，３２はＡｕメッキから形成されている。さらに、基板４の端面近傍には光変調器２をハンドリングするためのヤトイ（保護部材）３４，３６が各ダミー電極３０，３２にそれぞれ当接するように接着されている。
【００３４】
図２はウエハ４０上でのダミー電極４４の配置の仕方を示す図である。ダミー電極４４はＬＮチップ製品部４２を囲むように、ＬＮチップ製品部４２から離間して長方形状に形成されている。
【００３５】
ダミー電極４４はその四隅に面積拡大部分４６を有している。一対のヤトイ（保護部材）４８，５０がダミー電極４４に当接されてウエハ４０に接着されている。
【００３６】
以下、図３（Ａ）乃至図６（Ｄ）を参照して本発明の実施形態にかかる光変調器の製造方法について詳細に説明する。尚、本発明は光変調器の製造方法に限定されるものではなく、光分波器、光スイッチ又は光波長変換器等の他の光導波路デバイスの製造にも同様に適用可能である。
【００３７】
まず、図３（Ａ）に示すように、ＬｉＮｂＯ３ウエハ（ＬＮウエハ）４０上に、又はＬｉＮｂＯ３基板（ＬＮ基板）４上にＴｉ５２を約１００ｎｍの厚さに蒸着する。
【００３８】
Ｔｉ５２の純度は９９．９９％である。実際には、本実施形態の製造方法はＬＮウエハ４０上に全てのプロセスを実施するが、説明の便宜上ＬＮ基板４上に光導波路を形成するものとして説明する。
【００３９】
次いで、図３（Ｂ）に示すように、フォトレジスト５４を約１μｍの厚さに塗布し、フォトレジスト５４をプリベークしてから、所定のパターンに露光、現像し、フォトレジスト５４をポストベークしてからＴｉ５２をウエットエッチングする（図３（Ｃ））。アセトン等による超音波洗浄によりフォトレジスト５４を剥離すると、図３（Ｄ）に示したようにＴｉ５２がパターニングされる。
【００４０】
次いで、キャリアガスとして純酸素を約１０リットル／分の割合で流しながら、温度約１０００℃で約１０時間保持し、Ｔｉ５２を基板４中に拡散させて図３（Ｅ）に示すように光導波路１２，１４を形成する。
【００４１】
次いで、図４（Ａ）に示すように、ＳｉＯ２バッファ層５６を約１μｍの厚さに成膜する。次いで、図４（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ２バッファ層５６上、及び基板４の下面にＳｉ膜５８，６０を約０．１μｍの厚さに成膜する。この成膜はキャリアガスとしてＡｒを使用し、成膜圧力０．６６ＰａでＤＣスパッタ装置により成膜する。
【００４２】
次いで、真空度６．６×１０−４Ｐａで膜厚約５０ｎｍのＴｉ膜６２及び膜厚約２００ｎｍのＡｕ膜６４を蒸着する。Ｔｉの純度は９９．９９％、Ａｕの純度は９９．９９％以上である。
【００４３】
次いで、Ａｕ膜６４上にフォトレジストを塗布し、このフォトレジストをパターニングする。すなわち、このフォトレジストを塗布した後、信号電極、接地電極及びダミー電極が残るようにフォトレジストをパターニングする。
【００４４】
図７はフォトレジストのパターニング時に使用するマスク６６の形状を示している。マスク６６はダミー電極４４形成用の長方形光透過部分６８を有しており、この長方形光透過部分６８の四隅７０はその面積が拡大されている。
【００４５】
これは、Ａｕメッキ時にＬＮチップ製品部４２の四隅に集中的に電流が流れ、特にメッキ厚が厚くなる傾向があるため、これを抑制したものである。四隅７０のサイズは、ＬＮチップの取り数にもよるが、可能な限り大面積が望ましい。
【００４６】
次いで、図４（Ｃ）に進み、Ｔｉ膜６２及びＡｕ膜６４をエッチング液を使用してエッチングする。このとき、図４（Ｃ）をウエハ４０全体で見ると、図４（Ｄ）に示したような状態となり、ＬＮチップ製品部４２の周囲にＡｕ膜６４からなるダミー電極ベース４４´が形成される。
【００４７】
次いで、Ａｕメッキ用のフォトレジスト７２を約１３μｍの厚さに塗布し、これを図５（Ａ）に示すようにパターニングする。次いで、図５（Ｂ）に示すように、Ａｕの一段メッキ７４を約４μｍの厚さに形成し、アセトン等による超音波洗浄によりフォトレジスト７２を剥離する（図５（Ｃ））。
【００４８】
さらに、Ａｕの二段メッキ用のフォトレジスト７６を約１３μｍの厚さに塗布し、これを図５（Ｄ）に示すようにパターニングする。次いで、図５（Ｅ）に示すように、Ａｕの二段メッキ７８を約１４μｍ（Ａｕ合計メッキ厚＝１８μｍ）の厚さに形成し、アセトン等による超音波洗浄によりフォトレジスト７６を剥離すると、図６（Ａ）に示した状態となる。
【００４９】
次いで、不要Ａｕ／Ｔｉエッチング用のフォトレジスト８０を約１４．５μｍの厚さに塗布し、これを図６（Ｂ）に示すようにパターニングする。次いで、図６（Ｃ）に示すように、不要なＡｕ膜７８及びＴｉ膜６２をウエットエッチングにより除去し、アセトン等による超音波洗浄によりフォトレジスト８０を剥離する（図６（Ｄ））。これにより、所定の電極形状２０，２２，２４，２８，４４を得る事ができる。
【００５０】
以上の工程を経ることにより、ＬＮウエハ４０上に複数の光変調器２を形成することができる。この状態で、光応答帯域特性及び電気の反射特性等の試験を行う。
【００５１】
次の工程では、図２に示すように、ＬＮウエハ４０上に形成された複数の光変調器２又はＬＮチップ製品部４２の両端近傍に一対の保護部材（ヤトイ）４８，５０をダミー電極４４に当接するようにウエハ４０上に接着する。この保護部材４８，５０は各光変調器２の端面を保護するためのものである。
【００５２】
次いで、図８に示すように、回転レジンダイアモンド刃によるダイシングを行い光変調器チップ２を個別に切り出す。個別に切り出された光変調器チップ２の側面にＳｉ膜を成膜し、図４Ｇのステップで形成された基板４の上下面に形成されたＳｉ膜５８，６０を電気的に接続する。最後に、光変調器チップ２の端面に反射防止膜を蒸着して、光変調器チップ２が完成する。
【００５３】
表１は従来例と本発明とのＡｕメッキ厚の分布を比較したものであり、そのグラフが図９に示されている。
【００５４】
【表１】
表１及び図９から明らかなように、本発明は従来例に比較してメッキ厚の分布幅が非常に小さくなっている。即ち、従来例では膜厚分布が±９．９％であったものが、本発明によると膜厚分布が±３．０％に改善されている。これは、ダミー電極４４を形成して、Ａｕメッキ時の電流密度の増加を抑制するようにしたためであると考えられる。
【００５６】
従来例と比較した本発明の光応答帯域特性を図１０に、電気の反射特性（不整合減衰量）を図１１に示す。図１０に示した従来例の光応答帯域特性では、平均が２．７０２ＧＨｚ、偏差＝０．０３０ＧＨｚ，Ｃｐ＝０．７４６であるのに対し、本発明では、平均の光応答帯域特性が２．７５０ＧＨｚ、偏差＝０．０２１ＧＨｚ，Ｃｐ＝１．８５６である。
【００５７】
ここで、Ｃｐは工程能力（プロセスケイパビリティ）を示し、Ｃｐ＝（平均−規格）／３／偏差で求められる。Ｃｐが１．３３以上であれば理想的な状態であり、本発明はこの範囲に入っている。本発明では、従来例に比較して光応答帯域特性の平均が上がり、偏差も小さくなり、良好な特性が得られた。
【００５８】
図１１の不整合減衰量（電気の反射特性）によると、従来は平均で１７．８ｄＢ、偏差＝０．７４ｄＢ，Ｃｐ＝１．２７であったものが、本発明では平均で１８．９ｄＢ、偏差０．８７ｄＢ、Ｃｐ＝１．５３となった。不整合減衰量の平均は従来例に比較して上昇したが、若干偏差が大きくなった。しかし、Ｃｐは１．３３を超え、理想的な状態になった。
【００５９】
上述した実施形態では、シアン系の電解Ａｕメッキで各電極を形成したが、Ｃｕの無電解メッキにより各電極を形成する際にも本発明のダミー電極は有効である。
【００６０】
また、各電極はＡｇ又はＣｕの電解メッキにより形成することもできる。Ａｕ及び亜硫酸ナトリウム、又はＡｇ及び亜硫酸ナトリウムを主成分とした、ノンシアンメッキにも本発明は有効である。
【００６１】
本発明は以下の付記を含むものである。
【００６２】
（付記１） 光導波路デバイスの製造方法であって、
電気光学効果を有するウエハ中に複数の光導波路を形成し、
前記各光導波路に関連して前記ウエハ上に複数の信号電極及び複数の接地電極を形成し、
前記信号電極及び接地電極の形成と同時に、全ての信号電極及び接地電極の周囲の前記ウエハ上にダミー電極を形成し、
前記ウエハをダイシングして個々の光導波路デバイスに分離する、
各ステップを含むことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【００６３】
（付記２） 前記ダイシングステップの前に、前記ダミー電極の外側に該ダミー電極に近接して一対の保護部材を接着するステップをさらに含む付記１記載の光導波路デバイスの製造方法。
【００６４】
（付記３） 前記一対の保護部材は前記ダミー電極に当接している付記２記載の光導波路デバイスの製造方法。
【００６５】
（付記４） 前記ダミー電極は長方形形状をしており、該ダミー電極は四隅に面積の拡大された部分を有する付記１記載の光導波路デバイスの製造方法。
【００６６】
（付記５） 前記信号電極、接地電極及びダミー電極はＡｕ，Ａｇ及びＣｕからなる群から選択される材料の電解メッキにより形成される付記１記載の光導波路の製造方法。
【００６７】
（付記６） 前記信号電極、接地電極及びダミー電極はＣｕの無電解メッキから形成される付記１記載の光導波路の製造方法。
【００６８】
（付記７） 光導波路デバイスであって、
電気光学効果を有する基板と、
前記基板中に形成された光導波路と、
前記光導波路に関連して形成された信号電極と、
前記基板上に形成された接地電極と、
前記基板の両端近傍に前記信号電極及び接地電極から離間して形成された一対のダミー電極と、
を具備したことを特徴とする光導波路デバイス。
【００６９】
（付記８） 前記ダミー電極に基板の両端側から当接するように前記基板上に接着された一対の保護部材をさらに具備した付記７記載の光導波路デバイス。
【００７０】
（付記９） 前記基板はＬｉＮｂＯ３から形成されており、前記光導波路は前記ＬｉＮｂＯ３基板にＴｉを熱拡散することにより形成されている付記７記載の光導波路デバイス。
【００７１】
（付記１０） 光変調器であって、
電気光学効果を有する基板と、
前記基板中に形成された入力導波路、出力導波路、及び前記入力及び出力導波路の間に伸長しそれぞれ前記入力及び出力導波路に接続された第１及び第２導波路を有する光導波路構造と、
前記第１導波路上に形成された第１信号電極と、
前記第２導波路上に形成された第２信号電極と、
前記基板上に形成された接地電極と、
前記基板の両端近傍に前記第１、第２電極及び接地電極から離間して形成された一対のダミー電極と、
を具備したことを特徴とする光変調器。
【００７２】
（付記１１） 前記基板はＬｉＮｂＯ３から形成されており、前記光導波路は前記ＬｉＮｂＯ３基板にＴｉを熱拡散することにより形成されている付記１０記載の光変調器。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の製造方法によると、ＬＮウエハのＡｕメッキ厚分布幅が小さくなり、ウエハ面に形成された複数のＬＮ変調器の光応答帯域特性を向上することができ、製造歩留まりを向上することができる。また、ダミー電極が土手となり、接着剤がＬＮ変調器チップ製品部に流れ込むのを防止することができる。
【００７４】
さらに、保護部材をダミー電極に突き当てて接着するため、保護部材の位置決め及び接着作業が容易となり、保護部材接着時の位置ずれを防止することができる。これにより、高信頼性の光導波路デバイスを製造歩留まりよく提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は本発明の実施形態にかかるマッハツェンダ型光変調器の平面図、図１（Ｂ）はその正面図である。
【図２】ウエハ上に形成したダミー電極の配置を示す平面図である。
【図３】本発明の光導波路デバイスの製造方法を説明する図である。
【図４】本発明の光導波路デバイスの製造方法を説明する図である。
【図５】本発明の光導波路デバイスの製造方法を説明する図である。
【図６】光導波路デバイスの製造方法を説明する図である。
【図７】本発明の電極形成工程に使用するマスクの平面図である。
【図８】ウエハのダイシング工程を示す図である。
【図９】従来例と比較した本発明のメッキ厚分布を示す図である。
【図１０】従来例と比較した本発明の光応答帯域特性を示す図である。
【図１１】従来例と比較した本発明の電気の反射特性を示す図である。
【符号の説明】
２ 光変調器チップ
４ ニオブ酸リチウム基板
６ 光導波路構造
８ 入力光導波路
１０ 出力光導波路
１２ 第１光導波路
１４ 第２光導波路
１６，１８ Ｙ分岐
２０ 第１信号電極
２２ 第２信号電極
２４，２６，２８ 接地電極
３０，３２ ダミー電極
４０ ウエハ
４２ ＬＮチップ製品部
４４ ダミー電極
４６ 面積拡大部分
４８，５０ ヤトイ（保護部材）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical waveguide device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
The need for optical devices using optical waveguides increases with the development of optical communications, and is used for optical modulators, optical demultiplexers, optical switches, optical wavelength converters, and the like. As an optical waveguide, an optical waveguide formed by diffusing Ti on a LiNbO 3 crystal substrate, an optical waveguide obtained by depositing SiO 2 on a Si substrate, a polymer optical waveguide, and the like are known.
[0003]
As a practical external modulator, a Mach-Zehnder type optical modulator (LN modulator) using a dielectric crystal substrate such as lithium niobate (LiNbO 3 ) has been developed. Carrier light having a constant intensity from the light source is supplied to the LN modulator, and an optical signal whose intensity is modulated by a switching operation using optical interference is obtained.
[0004]
The LN modulator is bonded to the surface of a dielectric substrate made of X, Y, Z cut lithium niobate crystal by thermally diffusing titanium (Ti) to increase the refractive index, respectively, in the vicinity of both ends thereof. A pair of optical waveguides is formed, a buffer layer made of SiO 2 is formed thereon, and a signal electrode (traveling wave electrode) and a ground electrode are formed on the buffer layer corresponding to the optical waveguide. The
[0005]
The signal light incident from one end of the optical waveguide is branched and propagates through the pair of optical waveguides. When a drive voltage is applied to signal electrodes formed on one or both optical waveguides, a phase difference is generated between both signal lights branched by the electro-optic effect.
[0006]
In the LN modulator, these signal lights are combined again and taken out as an optical signal output. An on / off pulse signal can be obtained by applying a drive voltage so that the phase difference of the signal light propagating through the pair of optical waveguides is, for example, 0 or π.
[0007]
In recent LN modulators, a 40 Gb / s high-frequency band modulator has been developed in order to realize a high modulation speed. Therefore, the cross-sectional shape of the signal electrode of the LN modulator is an Au plating having a width of about 15 μm and a height of about 30 μm to ensure high frequency band characteristics.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2755548 [0009]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-5403
[Patent Document 3]
JP-A-5-333297 [0011]
[Patent Document 4]
JP-A-4-217226
[Problems to be solved by the invention]
The main characteristics of the LN modulator include an optical response band characteristic (E / O characteristic) and an electric reflection characteristic (S11 characteristic). The optical response band characteristic deteriorates when the Au plating film thickness becomes thinner than a certain value. Conversely, when the Au plating film thickness is too thick, the electric reflection characteristic deteriorates.
[0013]
That is, the optical response band characteristic and the electric reflection characteristic are in a trade-off relationship, and the tolerance thereof is very narrow, and the yield in manufacturing the LN modulator is lowered. In response to the demand for high frequency band characteristics, the total length of the LN modulator tends to be longer, and it has become difficult to uniformly form the thickness of the Au plating as the electrode over the entire length.
[0014]
When an Au plating that acts as a signal electrode and a ground electrode is formed on a wafer by a conventional method, the current density at the time of electrolytic plating increases at the central portion of the wafer, so the plating film thickness is thin at the central portion and at the peripheral portion. There is a tendency to become thicker.
[0015]
A protective member (LN block) is fixed to the end face (light input / output portion) of the LN modulator with an adhesive for protecting the optical waveguide and handling the LN chip. A highly reliable adhesive is used for this bonding, but this adhesive has low viscosity, and it is necessary to perform heating (at 65 ° C. for 5 hours or more) when the adhesive is cured.
[0016]
Conventionally, when this adhesive is cured, the adhesive flows into the electrode surface, and there is a problem that the electrical characteristics are deteriorated by changing the dielectric constant of the LN modulator. Further, as a manufacturing problem, there is a problem that the entire wafer becomes defective when a protective member that adheres to the wafer surface moves during bonding, causing a positional shift to be applied to the electrode portion.
[0017]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical waveguide device capable of forming a plating film thickness uniformly for forming a signal electrode and a ground electrode.
[0018]
Another object of the present invention is to provide a highly reliable optical waveguide device having excellent high frequency characteristics.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical waveguide device, wherein a plurality of optical waveguides are formed in a wafer having an electro-optic effect, and a plurality of signal electrodes are formed on the wafer in relation to each optical waveguide. And a plurality of ground electrodes, and simultaneously with the formation of the signal electrodes and the ground electrodes, dummy electrodes are formed on the wafer around all the signal electrodes and the ground electrodes, and the wafer is diced into individual optical waveguides. There is provided a method of manufacturing an optical waveguide device characterized by including each step of separating into devices.
[0020]
Preferably, the method of manufacturing an optical waveguide device further includes a step of adhering a pair of protective members adjacent to the dummy electrode outside the dummy electrode before the dicing step. Preferably, the pair of protective members are in contact with the dummy electrodes, and the dummy electrodes formed in a rectangular shape have portions with enlarged areas at the four corners.
[0021]
The signal electrode, the ground electrode, and the dummy electrode are formed by electrolytic plating of a material selected from the group consisting of Au, Ag, and Cu. As an alternative, the signal electrode, the ground electrode and the dummy electrode are formed by electroless plating of Cu.
[0022]
According to another aspect of the present invention, an optical waveguide device is a substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed in the substrate, a signal electrode formed in association with the optical waveguide, There is provided an optical waveguide device comprising: a ground electrode formed on a substrate; and a pair of dummy electrodes formed apart from the signal electrode and the ground electrode near both ends of the substrate. .
[0023]
Preferably, the substrate is made of LiNbO 3 and the optical waveguide is formed by thermally diffusing Ti on the LiNbO 3 substrate.
[0024]
According to still another aspect of the present invention, an optical modulator is provided between a substrate having an electro-optic effect, an input waveguide formed in the substrate, an output waveguide, and the input and output waveguides. An optical waveguide structure having first and second waveguides elongated and connected to the input and output waveguides, a first signal electrode formed on the first waveguide, and on the second waveguide A formed second signal electrode; a ground electrode formed on the substrate; and a pair of dummy electrodes formed near both ends of the substrate and spaced apart from the first and second electrodes and the ground electrode. An optical modulator is provided.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 (A) shows a plan view of a Mach-Zehnder type optical modulator manufactured by the manufacturing method of the present invention, and FIG. 1 (B) is a front view thereof. Dimension sizes are exaggerated.
[0026]
The light modulator or
[0027]
The
[0028]
The first and second
[0029]
The signal light supplied to the input
[0030]
A coupling mode in which light is guided through the output
[0031]
In order to change the phase difference between the branched signal lights, a first signal electrode (first traveling wave electrode) 20 is provided on the first
[0032]
Further, three
[0033]
These
[0034]
FIG. 2 is a diagram showing how the
[0035]
The
[0036]
Hereinafter, a method for manufacturing an optical modulator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 (A) to 6 (D). The present invention is not limited to the method of manufacturing the optical modulator, and can be similarly applied to the manufacture of other optical waveguide devices such as an optical demultiplexer, an optical switch, or an optical wavelength converter.
[0037]
First, as shown in FIG. 3A, Ti52 is deposited on the LiNbO 3 wafer (LN wafer) 40 or the LiNbO 3 substrate (LN substrate) 4 to a thickness of about 100 nm.
[0038]
The purity of Ti52 is 99.99%. Actually, the manufacturing method of this embodiment performs all the processes on the
[0039]
Next, as shown in FIG. 3B, a
[0040]
Next, while flowing pure oxygen as a carrier gas at a rate of about 10 liters / minute, the temperature is maintained at about 1000 ° C. for about 10 hours, and
[0041]
Next, as shown in FIG. 4A, a SiO 2 buffer layer 56 is formed to a thickness of about 1 μm. Next, as shown in FIG. 4B,
[0042]
Next, a
[0043]
Next, a photoresist is applied on the
[0044]
FIG. 7 shows the shape of the
[0045]
This suppresses this because current flows intensively at the four corners of the LN
[0046]
Next, proceeding to FIG. 4C, the
[0047]
Next, a
[0048]
Further, a
[0049]
Next, an unnecessary Au /
[0050]
Through the above steps, a plurality of
[0051]
In the next step, as shown in FIG. 2, a pair of protective members (Yatoi) 48, 50 are placed in the vicinity of both ends of the plurality of
[0052]
Next, as shown in FIG. 8, dicing with a rotating resin diamond blade is performed to cut out the
[0053]
Table 1 compares the Au plating thickness distribution between the conventional example and the present invention, and a graph thereof is shown in FIG.
[0054]
[Table 1]
As is apparent from Table 1 and FIG. 9, the present invention has a very small distribution width of the plating thickness compared to the conventional example. That is, in the conventional example, the film thickness distribution is ± 9.9%, but according to the present invention, the film thickness distribution is improved to ± 3.0%. This is presumably because the
[0056]
FIG. 10 shows the optical response band characteristics of the present invention compared with the conventional example, and FIG. 11 shows the reflection characteristics (mismatch attenuation amount) of the present invention. In the optical response band characteristic of the conventional example shown in FIG. 10, the average is 2.702 GHz, the deviation = 0.030 GHz, and Cp = 0.746, whereas in the present invention, the average optical response band characteristic is 2.2. 750 GHz, deviation = 0.021 GHz, Cp = 1.856.
[0057]
Here, Cp indicates process capability (process capability), and is obtained by Cp = (average−standard) / 3 / deviation. If Cp is 1.33 or more, it is an ideal state, and the present invention falls within this range. In the present invention, compared with the conventional example, the average of the optical response band characteristics is increased, the deviation is reduced, and good characteristics are obtained.
[0058]
According to the mismatch attenuation amount (electric reflection characteristics) of FIG. 11, the average of 17.8 dB, the deviation = 0.74 dB, and the Cp = 1.27 in the prior art is 18.9 dB on the average in the present invention. The deviation was 0.87 dB and Cp = 1.53. The average mismatch loss increased compared to the conventional example, but the deviation was slightly larger. However, Cp exceeded 1.33 and became an ideal state.
[0059]
In the embodiment described above, each electrode is formed by cyan electrolytic Au plating. However, the dummy electrode of the present invention is also effective when forming each electrode by electroless plating of Cu.
[0060]
Each electrode can also be formed by electrolytic plating of Ag or Cu. The present invention is also effective for non-cyan plating based on Au and sodium sulfite, or Ag and sodium sulfite.
[0061]
The present invention includes the following supplementary notes.
[0062]
(Additional remark 1) It is a manufacturing method of an optical waveguide device,
Forming a plurality of optical waveguides in a wafer having an electro-optic effect;
Forming a plurality of signal electrodes and a plurality of ground electrodes on the wafer in relation to each of the optical waveguides;
Simultaneously with the formation of the signal electrode and the ground electrode, a dummy electrode is formed on the wafer around all the signal electrodes and the ground electrode,
Dicing the wafer into individual optical waveguide devices;
A method for manufacturing an optical waveguide device, comprising each step.
[0063]
(Additional remark 2) The manufacturing method of the optical waveguide device of Additional remark 1 which further includes the step which adhere | attaches a pair of protective member in proximity to this dummy electrode outside the said dummy electrode before the said dicing step.
[0064]
(Additional remark 3) The said pair of protective member is a manufacturing method of the optical waveguide device of
[0065]
(Additional remark 4) The said dummy electrode is a rectangular shape, This dummy electrode is a manufacturing method of the optical waveguide device of Additional remark 1 which has the part by which the area was expanded in four corners.
[0066]
(Supplementary note 5) The optical waveguide manufacturing method according to supplementary note 1, wherein the signal electrode, the ground electrode, and the dummy electrode are formed by electrolytic plating of a material selected from the group consisting of Au, Ag, and Cu.
[0067]
(Supplementary note 6) The optical waveguide manufacturing method according to supplementary note 1, wherein the signal electrode, the ground electrode, and the dummy electrode are formed by electroless plating of Cu.
[0068]
(Appendix 7) An optical waveguide device,
A substrate having an electro-optic effect;
An optical waveguide formed in the substrate;
A signal electrode formed in association with the optical waveguide;
A ground electrode formed on the substrate;
A pair of dummy electrodes formed apart from the signal electrode and the ground electrode in the vicinity of both ends of the substrate;
An optical waveguide device comprising:
[0069]
(Supplementary note 8) The optical waveguide device according to supplementary note 7, further comprising a pair of protective members bonded to the substrate so as to contact the dummy electrode from both ends of the substrate.
[0070]
(Supplementary Note 9) The substrate is formed of LiNbO 3, an optical waveguide device according to Supplementary Note 7, wherein the formed by the optical waveguide thermally diffusing Ti into the LiNbO 3 substrate.
[0071]
(Supplementary Note 10) An optical modulator,
A substrate having an electro-optic effect;
An optical waveguide structure having an input waveguide formed in the substrate, an output waveguide, and first and second waveguides extending between the input and output waveguides and connected to the input and output waveguides, respectively. When,
A first signal electrode formed on the first waveguide;
A second signal electrode formed on the second waveguide;
A ground electrode formed on the substrate;
A pair of dummy electrodes formed in the vicinity of both ends of the substrate apart from the first and second electrodes and the ground electrode;
An optical modulator comprising:
[0072]
(Supplementary note 11) The optical modulator according to
[0073]
【The invention's effect】
According to the manufacturing method of the present invention, the Au plating thickness distribution width of the LN wafer can be reduced, the optical response band characteristics of a plurality of LN modulators formed on the wafer surface can be improved, and the manufacturing yield can be improved. it can. Further, the dummy electrode serves as a bank, and the adhesive can be prevented from flowing into the LN modulator chip product part.
[0074]
Furthermore, since the protective member is abutted against the dummy electrode and bonded, positioning of the protective member and bonding work are facilitated, and displacement during bonding of the protective member can be prevented. Thereby, a highly reliable optical waveguide device can be provided with a high manufacturing yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view of a Mach-Zehnder optical modulator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a front view thereof.
FIG. 2 is a plan view showing an arrangement of dummy electrodes formed on a wafer.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing an optical waveguide device of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing an optical waveguide device according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing an optical waveguide device of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a method for manufacturing an optical waveguide device.
FIG. 7 is a plan view of a mask used in the electrode forming process of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a wafer dicing process.
FIG. 9 is a diagram showing a plating thickness distribution of the present invention compared with a conventional example.
FIG. 10 is a diagram showing optical response band characteristics of the present invention compared with a conventional example.
FIG. 11 is a diagram showing the electric reflection characteristics of the present invention compared with a conventional example.
[Explanation of symbols]
2
Claims (5)
電気光学効果を有するウエハ中に複数の光導波路を形成し、
前記各光導波路に関連して前記ウエハ上に複数の信号電極及び複数の接地電極を形成し、
前記信号電極及び接地電極の形成と同時に、全ての信号電極及び接地電極の周囲の前記ウエハ上にダミー電極を形成し、
前記ウエハをダイシングして個々の光導波路デバイスに分離する、
各ステップを含むことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。An optical waveguide device manufacturing method comprising:
Forming a plurality of optical waveguides in a wafer having an electro-optic effect;
Forming a plurality of signal electrodes and a plurality of ground electrodes on the wafer in relation to each of the optical waveguides;
Simultaneously with the formation of the signal electrode and the ground electrode, a dummy electrode is formed on the wafer around all the signal electrodes and the ground electrode,
Dicing the wafer into individual optical waveguide devices;
A method for manufacturing an optical waveguide device, comprising each step.
電気光学効果を有する基板と、
前記基板中に形成された光導波路と、
前記光導波路に関連して形成された信号電極と、
前記基板上に形成された接地電極と、
前記基板の両端近傍に前記信号電極及び接地電極から離間して形成された一対のダミー電極と、
を具備したことを特徴とする光導波路デバイス。An optical waveguide device,
A substrate having an electro-optic effect;
An optical waveguide formed in the substrate;
A signal electrode formed in association with the optical waveguide;
A ground electrode formed on the substrate;
A pair of dummy electrodes formed apart from the signal electrode and the ground electrode in the vicinity of both ends of the substrate;
An optical waveguide device comprising:
電気光学効果を有する基板と、
前記基板中に形成された入力導波路、出力導波路、及び前記入力及び出力導波路の間に伸長しそれぞれ前記入力及び出力導波路に接続された第１及び第２導波路を有する光導波路構造と、
前記第１導波路上に形成された第１信号電極と、
前記第２導波路上に形成された第２信号電極と、
前記基板上に形成された接地電極と、
前記基板の両端近傍に前記第１、第２電極及び接地電極から離間して形成された一対のダミー電極と、
を具備したことを特徴とする光変調器。An optical modulator,
A substrate having an electro-optic effect;
An optical waveguide structure having an input waveguide formed in the substrate, an output waveguide, and first and second waveguides extending between the input and output waveguides and connected to the input and output waveguides, respectively. When,
A first signal electrode formed on the first waveguide;
A second signal electrode formed on the second waveguide;
A ground electrode formed on the substrate;
A pair of dummy electrodes formed in the vicinity of both ends of the substrate apart from the first and second electrodes and the ground electrode;
An optical modulator comprising:
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